光收发单元、光模块、光通信系统及相关参数控制方法与流程

本发明涉及光通信技术领域，特别涉及一种光收发单元、光模块、光通信系统及相关参数控制方法。

背景技术：

数字光收发单元作为光通信的基础有源器件，当前控制参数是生产厂商在出厂前就已调整和测试好，而实际应用时，光路的情况是复杂和变化的，特别是因激光器件的非线性性、温度老化特性、实际光纤信道衰减不同等而产生的光接口参数和实际偏差甚至可能造成光收发单元之间通信的无法有效建立，由于温度、时间老化等原因也造成光器件的参数发生变化，这些因数导致偏离预设控制参数的光收发单元的适应性较差、导致提前失效等情况发生。基于此，数字光收发单元需要在合适的电路控制参数控制下，以匹配线路的损耗和激光器和接收器件的电路特性，实现光信号正确的收发，保证通信的高质量进行。

目前，数字光收发单元一般只具有单一的光纤数据通信通道，由于成本和实现难度等原因，一般不具有沟通通信双方光收发单元之间的控制信息的额外的通信通道。

若要光收发单元之间增加额外的控制通信通道，通常情况下可选择的采用带内通道方式(副载波调制技术)、带外通道方式下(采用光波分复用技术)，而这些实现方式不但成本高而且技术难度大。

技术实现要素：

鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种光收发单元、光模块、光通信系统及相关参数控制方法。

第一方面，本发明实施例提供一种光收发单元，所述光收发单元包括：驱动电路、光学组件、控制电路和接收放大电路；其中：

所述驱动电路、所述光学组件和所述接收放大电路依次相连；所述控制电路分别与所述驱动电路、光学组件和接收放大电路连接；

所述控制电路，用于根据本端控制指令信号或者对端发送的光接口参数调整信号，对本端发射光信号或接收光信号的光接口参数进行控制；以及根据本端光学组件和/或接收放大电路反馈的对端发送光信号的光接口参数信号，生成对应的光接口参数调整信号，并返回至对端。

在一个实施例中，所述控制电路，还用于向所述驱动电路发出开关使能信号或突发使能信号；

所述驱动电路，用于在所述开关使能信号或突发使能信号的控制下，驱动所述光学组件；

所述光学组件，用于在所述驱动电路的驱动下，发射出相应速率的调制光信号。

在一个实施例中，所述控制电路，用于对对端发送的通信信号和光接口参数控制信号进行剥离解析，获得光接口参数调整信号，并根据所述光接口参数调整信号对本端的发射信号或接收信号的光接口参数进行控制。

在一个实施例中，所述光学组件用于将接收到的光信号进行光电转换与初级放大处理并将处理后的电平信号输出给所述接收放大电路；

所述接收放大电路，用于对所述光学组件输出的电平信号进行后级限幅放大后并输出给上层单元，并检测出其中包含的光接收端信号劣化指示sd点和/或信号丢失指示los点，反馈给所述控制电路；

所述控制电路，用于判断所述sd点和/或los点是否需要调整，并将相应的sd点和/或los点调整指令通过所述接收放大电路和光学组件转换成对应的光信号返回至对端光收发单元。

在一个实施例中，所述光学组件用于将接收到的光信号进行光电转换与初级放大处理并将处理后的电平信号输出给所述接收放大电路；并检测出接收信号强度指示值rssi参数，反馈给所述控制电路；

所述接收放大电路，用于对所述光学组件输出的电平信号进行后级限幅放大后并输出给上层单元；

所述控制电路，用于判断所述rssi接收信号强度是否需要调整，并将相应的光功率调整指令通过所述驱动电路和光学组件转换成对应的光信号返回至对端光收发单元。

在一个实施例中，所述光学组件，包括：光发射部分和光接收部分；

所述光发射部分包括：激光二极管ld和背光检测器mpd；

所述接收部分包括：光电二极管pd和跨阻放大器tia。

在一个实施例中，所述光学组件为：光接收组件&光发射组件rosa&tosa、光发射接收组件bosa、光发射接收组件trosa、板载的光发射接收组件bob。

在一个实施例中，所述接收放大电路为后级限幅放大器。

第二方面，本发明实施例提供一种光模块，所述光模块包括上述光收发单元。

第三方面，本发明实施例还提供了一种光通信系统，包括：至少两个本发明实施例提供的光收发单元，所述两个光收发单元通过光纤连接。

第四方面，本发明实施例还提供了一种光接口参数的控制方法，包括：

根据本端控制指令信号或者对端发送的光接口参数调整信号，对本端发射光信号或接收光信号的光接口参数进行控制；以及

根据本端光学组件和/或接收放大电路反馈的对端发送光信号的光接口参数信号，生成对应的光接口参数调整信号，并返回至对端。

在一个实施例中，根据对端发送的光接口参数调整信号，对本端发射光信号或接收光信号的光接口参数进行控制，包括：

对对端发送的通信信号和光接口参数控制信号进行剥离解析，获得光接口参数调整信号，并根据所述光接口参数调整信号对本端的发射信号或接收信号的光接口参数进行控制。

本发明实施例提供的上述技术方案的有益效果至少包括：

本发明实施例提供的上述光收发单元、光模块、光通信系统及相关参数控制方法中，控制电路可以根据本端的控制指令信号，或者对端发送的光接口参数调整信号，对本端的发射和接收的光接口参数进行相应的控制，并可以对对端发送的光信号进行监控，发现需要调整时，生成对应的光接口参数调整信号，返回给对端，这样，在既有的光纤通信信道上就可以及时地调整处于通信状态下通信双方的光收发单元的光接口参数。实现光收发双方的光接口参数的自适应调整，因而能够有效解决因osa光组件，特别是因激光器件的非线性性、温度老化特性、实际光纤信道衰减不同等而产生的出厂光接口参数与实际情况偏差造成光收发单元之间通信的无法有效建立的问题。能简化光纤组网时因光组件的不一致性而对相应器件的严格筛选这一复杂过程。由于温度、时间老化等原因也造成光模块的参数发生变化，这些因数导致偏离预设控制参数的光模块的适应性较差、提前失效等情况发生。可以利用这个通信方法，交换收发两端器件参数信息、预测工作状态和失效时间。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明实施例提供光收发单元的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的光收发单元的一个实例的示意图；

图3为本发明实施例提供的波形图；

图4为本发明实施例提供的光接口参数的控制方法的流程图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

为了方便说明，在本发明实施例中，称呼在同一光纤网络上相邻的两个光收发单元，如果其中一个为本端，另一个相对而言为对端。例如光收发单元a和相邻的光收发单元b，从光收发单元a的角度来说，自身为本端，光收发单元b为对端；反之，从光收发单元b的角度来说，自身为本端，则光收发单元a为对端。两个光收发单元均可采用相同结构和相关功能。

下面对光收发单元的结构和功能进行详细的说明。

本发明实施例提供的一种光收发单元，参照图1所示，光收发单元包括：驱动电路1、光学组件2、控制电路3和接收放大电路4；其中：

驱动电路1、光学组件2和接收放大电路4依次相连；控制电路3分别与驱动电路1、光学组件2和接收放大电路4连接；

控制电路3，用于根据本端控制指令信号或者对端发送的光接口参数调整信号，对本端发射光信号或接收光信号的光接口参数进行控制；以及根据本端光学组件和/或接收放大电路反馈的对端发送光信号的光接口参数信号，生成对应的光接口参数调整信号，并返回至对端。

上述控制电路3可以通过驱动电路1和光学组件2将光接口参数调整信号返回给对端。

本发明实施例提供的上述光收发单元，可以集成于光模块(例如数字光模块)中，现有的数字光模块，包括光接收模块、光发送模块，光收发一体模块和光转发模块等。光收发一体化模块主要功能是实现光电/电光变换，包括光功率控制、调制发送、信号探测、及限幅放大判决再生功能，光转发模块除了具有光电变换功能外，有些还集成了很多的信号处理功能，如：mux/demux、cdr、功能控制、性能量采集及监控等功能。常见的封装有：sfp、sff、sfp+、gbic、xfp、x2、xenpak、dip9等。

本发明实施例中的上述光学组件(osa，opticalsub-assembly)，可以为下述任一种：光接收组件&光发射组件(receivingopticalsub-assembly&transmittingopticalsub-assembly，rosa&tosa)、光发射接收一体化组件(bi-directionalopticalsub-assembly，bosa)、光转发接收组件(trosa，transmittingopticalsub-assembly)、板载光发射接收组件(bob，bosaonboard)。

光学组件(osa)的电子有源部分包括：光发射部分：(光发射器，laserdiode，ld)，背光探测器(mpd，monitorphotodiode)和接收部分：光电二极管(photo-diode，pd)、跨阻放大器(transimpedanceamplifier，tia)等。

上述驱动电路1在具体实施时，可以采用半导体激光器驱动器(ldd，laserdiodedriver)，输入一定码率的电信号经内部的驱动芯片处理后驱动半导体激光器(ld，laserdiode)发射出相应速率的调制光信号，背光探测器(mpd)测量出的信号经过其内部带有光功率自动控制电路，使输出的光信号功率保持稳定。

上述控制电路3可以是任一种具有计算功能的控制器，例如微控制单元(microcontrollerunit；mcu)或者其他微控制芯片。

上述接收放大电路4在具体实施时，可以是后级限幅放大器。其工作原理为一定码率的光信号输入模块后由光探测二极管转换为电信号，经前置放大器后输出相应码率的电信号。

本发明实施例提供的上述光收发单元中，控制电路可以根据本端的控制指令信号，或者对端发送的光接口参数调整信号，对本端的发射和接收的光接口参数进行相应的控制，并可以对对端发送的光信号的监控，发现需要调整时，生成对应的光接口参数调整信号，返回给对端，这样，在既有的光纤通信信道上就可以及时地调整处于通信状态下通信双方的光收发单元的光接口参数。实现光收发双方的光接口参数的自适应调整，因而能够有效解决因osa光组件，特别是因激光器件的非线性性、温度老化特性等、实际光纤信道衰减不同等而产生的光接口参数和实际偏差造成光收发单元之间通信的无法有效建立的问题。能简化光纤组网时因光组件的不一致性而对相应器件的严格筛选这一复杂过程。由于温度、时间老化等原因也造成光模块的参数发生变化，这些因数导致偏离预设控制参数的光模块的适应性较差、提前失效等情况发生。可以利用这个通信方法，交换收发两端器件参数信息、预测工作状态和失效时间。

在一个实施例中，上述控制电路3，还用于向驱动电路发出开关使能信号(tx_en)或突发使能信号(b_en)；

驱动电路1，用于在所述开关使能信号或突发使能信号的控制下，驱动光学组件2；

相应地，光学组件2，用于在驱动电路1的驱动下，发射出相应速率的调制光信号。

开关使能信号tx_en是指控制激光器驱动电流开启和关闭的控制信号，在突发模式工作的光收发单元中功能等同于突发使能信号(b_en)。

在一个实施例中，上述控制电路3，用于对对端发送的通信信号和光接口参数控制信号进行剥离解析，获得光接口参数调整信号，并根据所述光接口参数调整信号对本端的发射信号或接收信号的光接口参数进行控制。

当控制电路接收到对端发送的光信号时，将其中的通信信号和光接口参数控制信号进行剥离，解析出其中的控制信号，获得光接口参数调整信号，将光接口调整参数发送至对应的硬件单元，例如将发射信号相关的接口参数调整信号(例如发射功率调整信号)发送给驱动电路，将接收信号相关的接口参数调整信号(例如sd点和los点的设置指令信号)发送给接收放大电路。

在一个实施例中，光学组件2用于将接收到的光信号进行光电转换与初级放大处理并将处理后的电平信号输出给接收放大电路4；

接收放大电路4，用于对光学组件2输出的电平信号进行后级限幅放大后并输出给上层单元，并检测出其中包含的光接收端信号劣化指示sd点和/或信号丢失指示los点，反馈给所述控制电路；

控制电路3，用于判断sd点和/或los点是否需要调整，并将相应的sd点和/或los点调整指令通过所述接收放大电路和光学组件转换成对应的光信号返回至对端光收发单元。

sd(signaldegrade)是指信号劣化指示信号，los(lossofsignal)是指信号丢失指示信号，是光接收端信号劣化或丢失的指示信号。

在一个实施例中，光学组件2用于将接收到的光信号进行光电转换与初级放大处理并将处理后的电平信号输出给接收放大电路4；并检测出接收信号强度指示值rssi参数，反馈给控制电路3；

接收放大电路4，用于对光学组件2输出的电平信号进行后级限幅放大后并输出给上层单元；

控制电路3，用于判断接收信号强度指示值(rssi，receivedsignalstrengthindication)是否需要调整，并将相应的光功率调整指令通过所述驱动电路和光学组件转换成对应的光信号返回至对端光收发单元。

本发明实施例提出的上述光收发单元及相关的通信方法中，两个数字光模块之间数据通信通道并不要求在通信的开始要具有正常的通信能力的参数设置值，可以在经过双方收发过程自适应调整后自动得到。具体实施时，通信双方的光收发单元在正常通信前工作，进行光通信接口参数的自适应调整后，光模块再转入传统正常数据通信状态。

上述技术方案，可以通过控制指令，远程控制光收发模块的双方起始工作、停止工作、加密物理信号、评估通信参数质量等。

上述技术方案，连接的光收发单元双方可以完成信息、能力的交换，也可实现对两者之间通信通道的通信参数测量(如光通道的衰减范围等)。

上述技术方案，在现有的提供了光通信双方控制指令的通信通道，一些特定的控制指令，也同样可以通过上述方式在光通信双方进行传递，例如身份认证和鉴权信息、加密和解密秘钥等信息的传递，本发明实施例可提供安全的光信息的传递。

在本发明实施例提供的上述技术方案，和现有的数字光模块和光接口方案兼容，并无需额外的电路支持。无需额外的光波长滤波器支持。

下面以两个相邻的进行光通信的光模块的光收发单元的工作过程继续说明，参照图2所示，光收发单元1和光收发单元2之间通过光纤连接，图2中两光收发单元之间的衰减通道表征着光纤线路中的各种衰减。

参照图2所示，光收发单元具备光电相互转换、信号处理、状态监控、系统控制等功能；

mcu为系统的处理与控制单元，其功能主要包括对光收发单元发送相关参数与状态的控制与监控，对发送信号的使能关断与开启，对接收相关参数状态的设定与控制；

ldd为驱动激光器的驱动单元，其作用是将输入的txin电平信号(上层单元发送的电平信号)转化成合适形式的txout电平信号驱动激光器发送光信号；

pa为后级限幅放大器，其作用是将光学组件接收部分的输入信号rxin进行后级限幅放大并将信号转换成合适的电平输出；

osas为光收发单元中的光电转换器件(包括rosa&tosa、bosa、trosa、bob等)，其功能是在ldd输出的驱动信号txout下驱动osas发送，以及将光纤网络所上接收到的光信号进行光电转换并进行初级放大；

衰减通道表征光纤通信网络上的各种损耗，包括光纤本身的损耗，接口间由于耦合不佳产生的损耗，光纤网络中因波分等其他设备所引入的损耗等。

tx_en是指控制激光器驱动电流开启和关闭的控制信号，在突发模式工作的光收发单元中等同于突发使能信号(b_en)。

rssi是指接收强度指示，表示接收光信号的强度值。

在该例子中，对光接口参数进行控制与调整的命令以经过特殊编码过的光信号的形式发送，通过光纤网络通道并在各相邻光收发单元协助下完成相应光接口参数的调整与控制。

光收发单元1和光收发单元2的光接口参数的调整与控制具体实现过程说明如下：

来自光收发单元1上层单元的txin信号，在光收发单元1中mcu1的tx_en(或b_en)信号的开/关控制下与ldd(激光器驱动器)电路的驱动下,产生相应txout电流信号以驱动osa(光组件)的ld发送部分产生光信号并耦合进光纤中，光信号在光纤链路中经过衰减后被光收发单元2的光组件(osa)的接收部分(pd)接收，光组件(osa)的接收部分(pd)将接收到的光信号进行相应光电转换与跨阻放大器(tia)进行初级放大处理，并将处理后的电平信号rxin再次送入光收发单元2的后级限幅放大器(pa)将信号转化成合适的电平形式输出rxout到光收发单元2的上层单元。与此同时，光收发单元1中osa发送部分的光接口参数也在这一过程中得到了控制与校调。例如，光收发单元1的发送光信号的光功率，在经过光收发单元2中的osa处理产生rssi将上报给mcu2，mcu2判断所接收的rssi的值是否过大或过小，并将相应调整命令以光信号的形式发送回光收发单元1，光收发单元1通过mcu1对光纤通道上的通信信号与命令信号进行剥离以获取所需的调整命令，调整相应的光功率使之符合相关通信协议与标准。与光功率紧密联系的还有对消光比的控制，这一实现则是通过双闭环的形式实现，即：apc(自动功率控制)环路和基于apc环路的消光比控制(erc)环路。通过mcu1内部的精密函数实现光接口发射部分消光比的控制。

同样的，光收发单元2上来自上层的txin驱动信号也是以同样的方式被光收发单元1接收并以rxout的电平形式输出。与这一过程同时进行的还有光收发单元1的osa组件接收部分参数的校调与控制，例如，接收部分的sd点/los点的设定，通过设定光收发模块2上发送的目标光功率，在该目标光功率下通过mcu1的操作实现sd点/los点的设定和调整。通过上述调控方法，我们便能完成对光收发单元1的发送与接收部分光接口参数的调整与控制。与光收发单元1一样，采用同样的光信号调控方法，也可以完成对光收发单元2的发送与接收部分光接口参数的调整与控制。

光接口参数的调整完成后，光纤通信通道的建立完成，在光纤通信通道上的各收发单元之间开始进行信息的透传。在具体实施时，可能需要通过一个光收发单元(例如光收发单元1)对其他链接单元(如光收发单元2)进行管理与调控，当这一情况发生时，此时光纤通道从管理单元(光收发单元1)传送到光纤线路上的信号中除了有需要进行透传的光通信信号外，还包括了相应的管理与调控命令的光通信信号。两种光信号同一光纤上，如何在被管理单元端(光收发单元2)避免两种信号之间的干扰并分别剥离出两种信号，本发明实施例提供了下述通信机制。

参照图3所示的波形图，在通信的发送端，光收发单元的mcu需要发送的信号进行的二进制电平的脉宽调制后通过控制tx_en(或b_en)信号调制txin信号发送到光纤中，这个过程实际上是tx_en信号对txin的进行低速ask调制，即tx_en(或b_en)信号为低电平时能彻底关闭电路流向ld中的电流，使得光纤中的光信号彻底关断(如：光信号强度小于-40dbm)，tx_en(或b_en)信号为高电平时正常值的信号电流向ld，光纤中的信号强度则处于正常值范围下。

在通信的接收端，经过ask调制的光信号经过光纤通道传输在接收端的osa光学组件的pd转换成电流信号，光收发单元中的osas(光学组件)将检测出光信号的接收强度指示信号rssi传给mcu，而经过tia放大的rxin信号在pa电路检出los/sd信号采集到mcu中。

光收发单元对于获取到的接收信号，如果rssi信号作为通信的接收信号，则经过adc采样后和小信号(一般小于-40dbm的电流信号)进行比较，产生二进制数字电平的脉宽调制信号解码即可。

光收发单元对于获取到的接收信号，对sd/los信号获取的脉宽调制信号经过解码即可，由于信号通道经过带有agc功能的tia，因此需要控制发送端的信号脉宽周期远小于agc的周期值。

本发明实施例还提供了一种光模块，该光模块包括上述本发明实施例提供的光收发单元。

本发明实施例还提供了一种光通信系统，包括：至少两个光收发单元，该两个光收发单元通过光纤连接。

本发明实施例提供的光接口参数的控制方法，如图4所示，包括：

s41、根据本端控制指令信号或者对端发送的光接口参数调整信号，对本端发射光信号或接收光信号的光接口参数进行控制；以及

s42、根据本端光学组件和/或接收放大电路反馈的对端发送光信号的光接口参数信号，生成对应的光接口参数调整信号，并返回至对端。

在一个实施例中，根据对端发送的光接口参数调整信号，对本端发射光信号或接收光信号的光接口参数进行控制，包括：

对对端发送的通信信号和光接口参数控制信号进行剥离解析，获得光接口参数调整信号，并根据所述光接口参数调整信号对本端的发射信号或接收信号的光接口参数进行控制。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。